پروژه منحصر به فرد و بی سابقه Caltech برای تولید انرژی پاک از فضا


به گزارش پایگاه خبری اخبارخوب به نقل از گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از (سایت تک دیلی)، این فناوری توانست انرژی را از خورشید در فضا جمع آوری کرده و برای تامین آن به زمین ارسال کند. انرژی پاک و قابل درک برای جهان، علم در گذشته به عنوان یک داستان تخیلی در نظر گرفته می شد. حالا همه چیز نزدیک تر می شود.

از طریق پروژه انرژی خورشیدی (SSPP)، یک تیم تحقیقاتی در موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) در حال کار بر روی صورت فلکی فضاپیمای مدولار است که نور خورشید را جمع آوری کرده، آن را به الکتریسیته تبدیل می کند و به الکتریسیته تبدیل می کند. طراحی بی سیم آن این نیرو را به هر کجا که نیاز باشد منتقل می کند. حتی می توان آن را به مکان هایی بدون برق قابل اطمینان ارسال کرد.

هری آتواتر، محقق SSPP و صندلی Otis Booth در دپارتمان مهندسی و علوم کاربردی Caltech، گفت: «این یک پروژه منحصر به فرد و بی سابقه است. “این نمونه ای از شجاعت و عزم لازم برای حل یکی از بزرگترین چالش های زمان ما، ارائه انرژی پاک و مقرون به صرفه به جهان است.”

آتواتر که استاد فیزیک و علم مواد هوارد هیوز است، این پروژه را با دو محقق دیگر رهبری می کند.

بهره برداری از انرژی خورشیدی در فضا به پیشرفت های عمده در سه حوزه اصلی بستگی دارد:

گروه تحقیقاتی Atwater در حال توسعه فتوولتائیک های فوق سبک (دستگاه هایی که نور را به الکتریسیته تبدیل می کنند) است که برای شرایط فضایی بهینه شده و با سیستم های تبدیل و انتقال توان مدولار سازگار است.
تیم تحقیقاتی حاجیمیری در حال توسعه فناوری کم‌هزینه و سبک مورد نیاز برای تبدیل برق جریان مستقیم به امواج رادیویی (که برای انتقال سیگنال‌های تلفن همراه استفاده می‌شود) و ارسال آن به زمین به عنوان مایکروویو است. حاجیمیری توضیح می دهد که این روند بی خطر است. تشعشعات غیر یونیزان روی سطح خطر کمتری نسبت به ایستادن زیر نور خورشید دارند. علاوه بر این، سیستم را می توان به سرعت در صورت آسیب یا خرابی خاموش کرد.

گروه Pellegrino سازه‌های فضایی تاشو، فوق‌العاده نازک و فوق سبک را برای پشتیبانی از فتوولتائیک و همچنین اجزای مورد نیاز برای تبدیل، انتقال و هدایت انرژی رادیویی به جایی که مورد نیاز است ایجاد می‌کند.
بلوک اصلی سیستم مورد نظر محققان، یک کاشی ۴ اینچی در ۴ اینچی است که کمتر از یک دهم اینچ وزن دارد. صدها هزار عدد از این کاشی‌ها در سیستمی از ماهواره‌های فرش‌مانند پرنده جمع‌آوری می‌شوند که با بازکردن آن‌ها، یک منطقه جمع‌آوری نور خورشید به مساحت ۳.۵ مایل مربع ایجاد می‌شود.

کار بر روی SSPP با بیش از ۱۰۰ میلیون دلار کمک مالی از طرف دونالد بایرن، رئیس شرکت ایروین و عضو تمام وقت جامعه کلتک، و همسرش، بریژیت بیرن، از معتمدین کلتک، پشتیبانی می شود. Northrup Grumman بودجه ای را برای مطالعه اولیه امکان سنجی فراهم کرد.

در آتواتر، حاجیمیری و پلگرینو درباره پیشرفت خود – و اینکه چگونه انرژی خورشیدی می‌تواند فضا را متحول کند – بحث کردند، زیرا پروژه به نقطه عطف مهمی نزدیک می‌شود: ارسال نمونه اولیه به فضا در دسامبر ۲۰۲۲.

مجموعه ای از پانل های خورشیدی کوچک که بخشی از پروژه انرژی خورشیدی فضایی هستند شامل فتوولتائیک، انتقال نیرو و فرمان تشعشع می باشد.

امکان سنجی پروژه های انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا را شرح دهید. پروژه چگونه تأسیس شد؟

سرجیو پلگرینو: بیش از ۱۰ سال پیش، در سال ۲۰۱۱، گفتگویی را با دونالد برن آغاز کردم و پرسیدم که آیا کلتک ایده ای برای تحقیقات انرژی و فضایی دارد یا خیر. به عنوان یک گروه از اعضای هیئت علمی، ما شروع به بحث در مورد راه‌هایی برای ایجاد علاقه و رویدادهایی در منطقه خود کردیم که می‌تواند منجر به فعالیت‌های تحقیقاتی پرتأثیر شود. در چند ماه گذشته، ما چشم‌اندازی – من آن را رویا می‌نامم – از سه یا چهار پیشرفت تکنولوژیکی دیده‌ایم که در کنار هم، نحوه تامین انرژی خورشیدی را تغییر می‌دهند.

علی حاجیمیری: این ایده قبلا علمی تخیلی بود. این واقعیت که ما توانستیم آن را از دنیای علمی تخیلی به دنیای واقعیت ببریم، ترکیبی از پیشرفت هایی است که در زمینه فتوولتائیک در آزمایشگاه هری، در سیستم آزمایشگاه سرجیو، و در انتقال انرژی بی سیم در حال رخ دادن است. مال خودم. آزمایشگاه. ما متوجه هستیم که می توانیم انرژی خورشیدی فضایی را به روشی کاربردی و اقتصادی دنبال کنیم.

یکی از اولین سوالاتی که مردم می پرسند این است: “چرا می خواهید فتوولتائیک را در فضا قرار دهید؟” «خب، در فضا که روز و شب و ابر و این‌جور چیزها ندارید، هشت برابر انرژی می‌گیرید، چشم‌انداز این برنامه این است که بتوانید به اندازه‌ای که نیاز دارید، در فضا انرژی تهیه کنید. شما به آن نیاز دارید و زمانی که به آن نیاز دارید.

سرجیو پلگرینو، هری آتواتر و علی حاجیمیری

(از چپ به راست) پروفسور سرجیو پلگرینو، هری آتواتر و علی حاجیمیری.

چه پیشرفتی در تحقق این چشم انداز بلندپروازانه داشته اید؟

پلگرینو: به مدت دو سال، نمونه اولیه کاشی را ساختیم و به نمایش گذاشتیم. این عنصر کلیدی مدولار است که نور خورشید را جذب می کند و نیرو را منتقل می کند. از طریق این فرآیند ما چیزهای زیادی در مورد نحوه طراحی یک سیستم بسیار یکپارچه و فوق سبک از این نوع آموختیم. سپس نمونه دومی را توسعه دادیم که ۳۳ درصد سبک تر از نمونه اول بود.

حاجیمیری: این کاشی همانطور که سرجیو اشاره کرد، پایه سازه بزرگتری است. باید کاملاً کاربردی، سازگار و مقیاس پذیر باشد. اگرچه ممکن است ساده به نظر برسد، اما بسیار دشوار است. کاشی ها بر روی یک قاب بسیار انعطاف پذیر نصب می شوند که می توان آن را تا کرد تا متناسب با وسیله نقلیه تحویل شود. پس از نصب، سیستم گسترش می‌یابد و کاشی‌ها با هم کار می‌کنند و برای تولید انرژی، تبدیل آن و انتقال آن به جایی که به آن نیاز دارید و نه جای دیگر، هماهنگ می‌شوند.

در مورد مراحل بعدی این پروژه چه می توانید به ما بگویید؟

Atwater: تا زمانی که واقعاً به فضا نروید واقعی نیست. همانطور که توسط سرجیو و علی توضیح داده شد، ما در آزمایشگاه این عنصر عنصری به نام کاشی را نشان دادیم. یکی از درس‌های آن سلسله نمایش‌ها این بود که مسیری که برای فتوولتائیک باید طی می‌کردیم باید اساساً تغییر می‌کرد. ما با دستگاه‌های فتوولتائیک معمولی کار می‌کردیم، که باید به گونه‌ای طراحی می‌شدند که دستیابی به اهداف جرمی و قدرتی را دشوار می‌کرد، بنابراین مجبور شدیم در مورد فتوولتائیک تجدید نظر کنیم.

در نتیجه، کلاس دستگاه های فتوولتائیکی که ما در فضا آزمایش می کنیم، قبلاً هرگز در فضا پرواز نکرده بودند.

پلگرینو: اکثر فضاپیماهای امروزی دارای آرایه های خورشیدی هستند – سلول های فتوولتائیک متصل به سیستم حامل – اما نه با این نوع تجهیزات، نه در اندازه قفسه سینه ما. با استفاده از یک تکنیک تاشو جدید، با الهام از اوریگامی، می توانیم اندازه یک سفینه فضایی غول پیکر را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم. بسته بندی آنقدر محکم است که اساساً هیچ شکافی وجود ندارد.

حاجیمیری: انتقال برق در فضا به این شکل نشان داده نشده است. ما همچنین آن را در مواد نرم و سبک نشان می دهیم، نه الزاماً ساختارهای سفت و سخت. به استرس اضافه می کند.

اگر انرژی خورشیدی در فضا واقعا وجود داشته باشد، چه تاثیری بر جامعه خواهد داشت؟

حاجیمیری: قرار است ماهیت انرژی و جذب آن را تغییر دهد تا فراگیر شود، تبدیل به یک انرژی کانالی شود. شما می توانید آن را به هر کجا که نیاز دارید ارسال کنید. این پردازش انرژی بدون هیچ گونه حرکت مکانیکی و تنها به وسیله تجهیزات الکتریکی و با استفاده از مدار متمرکز انجام می شود که سرعت آن را بسیار بالا می برد.

آتواتر: فکر می‌کنم می‌توان گفت که چشم‌انداز برنز واقعاً انجام کاری بود که، همانطور که علی اشاره کرد، تقریباً به طور قطع از داستان علمی تخیلی اصلی نبود، انجام کاری که منبع انرژی بزرگی برای جهان فراهم کند.

پلگرینو: ما یک شریک JPL داشتیم که به تیم ما ملحق شد و وقتی شروع به فکر کردن در مورد این نمایش های فضایی می کنیم، این همکاری برای ما قدرتمند و مفید می شود. بحث در مورد انرژی، که به شدت محدود به تامین انرژی برای زمین است، به اکتشاف فضایی نیز کشیده می شود. ما در حال باز کردن فصل جدیدی در تفکر JPL در مورد ماموریت های آینده هستیم.

از نظر همکاری، کار در سراسر طیف تحقیقاتی برای موفقیت SSPP ضروری است. کار بر روی یک پروژه بلند مدت چگونه بود؟

حاجیمیری: دانشجویان، فوق دکترا، همه ما از نزدیک با هم کار کردیم و چیزهای زیادی در مورد رشته های یکدیگر یاد گرفتیم. این منجر به چیزی بیشتر از مجموع اجزای آن می شود، هم از نظر محصول نهایی پروژه و هم از نظر آموزشی که دانش آموزان دریافت می کنند. این آموزش برای آینده فناوری فضایی مهم است، چه برای انتقال برق بی سیم، ارتباطات، سیستم های فضایی، یا انواع دیگر برنامه هایی که ما حتی به آن فکر نکرده ایم.

آتواتر: من تمام عمرم در فتوولتائیک کار کرده‌ام، اما هرگز در رویاهای عجیبم فکر نمی‌کردم تا آن زمان در فضا باشم. و برای من دریچه ای به کل دنیای علم بود. آن بسیار هیجان انگیز بود.

پلگرینو: گاهی اوقات به نظر می رسد که ما همکاران خود را مجبور به انجام کاری می کنیم که به وضوح فکر می کنند غیرممکن است، اما بعداً معلوم می شود که ممکن نیست. این فقط یک احساس عالی است.

این یک نوع تحقیق متفاوت است، جایی که شما بهترین کار را در زمینه خود انجام می دهید، اما از ارتباطات با حوزه های دیگر نیز استفاده می کنید، یک سیستم مشترک که برای جامعه بسیار مفید است. خدمات اجتماعی دشوارتر از انجام کار خوب در محله شماست. سخت تر است.

انتهای پیام/